一种海上风电运行模拟方法、装置及存储介质与流程
本发明涉及电力系统规划技术领域，特别是涉及一种海上风电运行模拟方法、装置及存储介质。
背景技术：
海上风电具有资源丰富、发电利用小时数相对较高、技术相对高端的特点，是新能源发展的前沿领域，是我国沿海地区可再生能源中最具规模化发展潜力的领域。
随着系统中海上风电装机规模和比重的不断增大，海上风电出力对电力系统的影响将越来越显著，海上风电出力特性分析工作越来越重要。海上风电出力随机性、间歇性很强，受海域、气候等影响很大。风电出力除了幅值上的随机性以外，还存在明显的时间相依性，包括风电出力发电与负荷的相关性，风电场发电出力的自相关性等，这给开展海上风电出力特性分析工作带来挑战。如何有效模拟出未来规划年份的海上风电出力曲线及出力特性，是开展海上风电运行模拟工作的核心内容。
目前，海上风电运行模拟方法主要分为两大类：(1)模拟风速序列，进而转换成风电出力序列；(2)通过对历史风电出力曲线进行聚类分析，得出典型风电出力曲线。
上述方法侧重于通过建模方法模拟风电出力曲线，在模拟时重点关注如何在模型方法中考虑随机特性、波动特性、时间相依性、空间相关性等风电特性。发电利用小时数指标是风电场规划时评价风场资源好坏的重要指标，也是衡量风电运行模拟结果准确性的重要指标。现有的模拟方法较少关注风电出力特性中的发电利用小时数这一指标，未有效利用风电场规划设计时的发电利用小时数信息。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种海上风电运行模拟方法、装置及存储介质，利用风电场规划设计时的发电利用小时数信息，构建考虑尾流效应系数的海上风电出力表达式，通过修正尾流效应系数的方式，使得模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种海上风电运行模拟方法，所述方法包括：
s1：获取海上风速模拟值；
s2：对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速；
s3：根据所述修正风速获得风电出力；
s4：根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力；
s5：根据所述修正风电出力获得发电利用小时数；
s6：对所述发电利用小时数进行校验；
s7：当所述发电利用小时数不满足校验要求时，对所述当前的尾流效应系数进行修正，并返回步骤s4。
作为一个优选方案，所述获取海上风速模拟值，具体包括：
所述获取海上风速模拟值，具体包括：
获取历史风速序列以及满足标准布朗运动的第一随机变量、第二随机变量；
根据所述历史风速序列获得历史风速平均值、衰减系数以及风速weibull分布函数；其中，所述风速weibull分布函数的表达式为：
根据所述历史风速平均值、所述衰减系数、所述风速weibull分布函数获得风速转换函数；其中，所述风速转换函数的表达式为：
根据所述第一随机变量、所述第二随机变量、所述历史风速平均值、所述衰减系数以及所述转换函数获取所述海上风速模拟值；其中，所述海上风速模拟值的表达式为：
作为一个优选方案，所述对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速，具体包括：
根据所述历史风速序列获得海上风电场的月规律因子、小时规律因子；
根据所述月规律因子以及所述小时规律因子对所述海上风速模拟值进行修改正，获得所述修正风速；其中，所述修正风速的表达式为：vt*＝vtkhkm，vt*为所述修正风速，km为所述月规律因子，kh为所述小时规律因子。
作为一个优选方案，所述根据所述修正风速获得风电出力，具体包括：
获取海上风电场的额定功率；
获取风速与风功率转换函数；其中，所述风速与风功率转换函数的表达式为：
其中，vci为切入风速，vr为额定风速，vco为切出风速；
根据所述额定功率、所述风速与风功率转换函数获得风电出力；其中，所述风电出力的表达式为：pt＝f(t)pr，pt为t时刻的风电出力，pr为所述额定功率。
作为一个优选方案，所述根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力，具体包括：
获取海上风电场的可用机组台数；
获取海上风电场当前的尾流效应系数；
根据所述风电出力、所述可用机组台数以及所述当前的尾流效应系数，获得修正风电出力；其中，所述修正出力的表达式为：pt*＝n(1-η)pt，pt*为t时刻的修正风电出力，n为所述可用机组台数，η为所述当前的尾流效应系数。
作为一个优选方案，所述根据所述修正风电出力获得发电利用小时数，具体为：
根据所述修正风电出力、所述额定功率获得发电利用小时数；其中，所述发电利用小时数的表达式为：
作为一个优选方案，所述对所述发电利用小时数进行校验，具体包括：
将所述发电利用小时数与小时数设计值进行对比；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值不大于预设范围时，判定所述发电利用小时数满足校验要求；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值大于预设范围时，判定所述发电利用小时数不满足校验要求。
作为一个优选方案，所述对所述当前的尾流效应系数进行修正，具体包括：
根据所述发电利用小时数与小时数设计值对尾流效应系数进行修正，获得修正尾流效应系数；其中，
将η＝η'作为当前的尾流效应系数。
为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种海上风电运行模拟装置，所述装置包括：
风速获取模块，用于获取海上风速模拟值；
风速修正模块，用于对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速；
出力计算模块，用于根据所述修正风速获得风电出力；
出力修正模块，用于根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力；
小时数计算模块，用于根据所述修正风电出力获得发电利用小时数；
小时数校验模块，用于对所述发电利用小时数进行校验；
尾流效应系数修正模块，用于进行尾流效应系数修正。
为了解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面任一项所述的海上风电运行模拟方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种海上风电运行模拟方法、装置及存储介质，其有益效果在于：在研究海上风电运行模拟方法时重点关注发电利用小时数指标，有效利用风电场规划设计时的发电利用小时数信息，提出了一种考虑发电利用小时数的海上风电运行模拟方法，将影响发电利用小时数模拟值的尾流效应系数与风电出力关联起来，构建考虑尾流效应系数的海上风电出力表达式，给出了尾流效应系数的调整方法，能够做到通过调整尾流效应系数的方式使模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性；而且该方法原理简单，计算速度快，易于实施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种海上风电运行模拟方法的一个优选实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的一种海上风电运行模拟装置的一个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本文中的编号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有顺序或者技术含义，不能理解为规定或者暗示所描述的对象的重要性。
图1所示为本发明提供的一种海上风电运行模拟方法的一个优选实施例的流程示意图。
如图1所示，所述方法包括：
s1：获取海上风速模拟值；
s2：对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速；
s3：根据所述修正风速获得风电出力；
s4：根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力；
s5：根据所述修正风电出力获得发电利用小时数；
s6：对所述发电利用小时数进行校验；
s7：当所述发电利用小时数不满足校验要求时，对所述当前的尾流效应系数进行修正，并返回步骤s4。
需要说明的是，每个海上风电系统都会包括多个风电场，每一个风电场又会包括多个机组，为了便于说明，本发明实施例仅选取其中一个风电场来实施本发明，但本发明实施例的保护范围不限于此。
具体实施时，首先对海上风电场进行运行模拟，获取海上风速模拟值，由于风速在不同季节和每日内不同时刻会呈现一定的大小规律，为反映风电场的月平均出力水平和小时平均出力水平，需要对所述风速模拟值进行修正，获取修正风速，并根据所述修正风速计算获得风电出力，考虑到风场的尾流效应与风电场风机出力可靠性，需要根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力，并根据所述修正风电出力获得风电场的发电利用小时数，将所述发电利用小时数与风电场规划设计时的发电利用小时设计值进行对比做校验，当所述发电小时数满足校验要求时，则输出海上风电计算结果，当所述发电利用小时数不满足校验要求时，则需要对所述当前的尾流效应系数进行修正，并重新计算修正出力，直至所述发电利用小时数满足校验要求为止。
本发明实施例提供的一种海上风电运行模拟方法，在研究海上风电运行模拟时重点关注发电利用小时数指标，有效利用风电场规划设计时的发电利用小时数信息，将影响发电利用小时数模拟值的尾流效应系数与风电出力关联起来，构建考虑尾流效应系数的海上风电出力表达式，能够通过调整尾流效应系数的方式使模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性。
在一个优选方案中，所述获取海上风速模拟值，具体包括：
获取历史风速序列以及满足标准布朗运动的第一随机变量、第二随机变量；
根据所述历史风速序列获得历史风速平均值、衰减系数以及风速weibull分布函数；其中，所述风速weibull分布函数的表达式为：
根据所述衰减系数、所述风速weibull分布函数获得风速转换函数；其中，所述风速转换函数的表达式为：
根据所述第一随机变量、所述第二随机变量、所述历史风速平均值、所述衰减系数以及所述转换函数获取所述海上风速模拟值；其中，所述海上风速模拟值的表达式为：
需要说明的是，
具体而言，其中各个参数的获取方式如下：
1)获取历史风速序列，一般为全年小时级风速序列；
2)获取满足标准布朗运动的第一随机变量、第二随机变量；
3)通过计算历史风速平均值得到历史风速平均值；
4)通过计算历史风速自相关系数以后拟合得到衰减系数；
5)通过计算历史风速的weibull分布尺度参数c、形状参数k，得到风速weibull分布函数；
6)根据所述衰减系数、所述风速weibull分布函数计算得到风速转换函数。
最后，将上述计算得到的各参数带入海上风速模拟公式获取所述海上风速模拟值。
在一个优选方案中，所述对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速，具体包括：
根据所述历史风速序列获得海上风电场的月规律因子、小时规律因子；
根据所述月规律因子以及所述小时规律因子对所述海上风速模拟值进行修改正，获得所述修正风速；其中，所述修正风速的表达式为：vt*＝vtkhkm，kh为所述小时规律因子，km为所述月规律因子。
由于风速在不同季节和每日内不同时刻会呈现一定的大小规律，为反映风电场的月平均出力水平和小时平均出力水平，需要对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速，进一步得到满足海上风电场季节特性和日特性的修正风速曲线。
具体而言，满足海上风电场季节特性的月规律因子km、日特征的小时规律因子kh是根据所述历史风速序列计算获得的，获得所述月规律因子、所述小时规律因子后，再对所述海上风速模拟值进行修正获得所述修正风速。
在一个优选方案中，所述根据所述修正风速获得风电出力，具体包括：
获取海上风电场的额定功率；
获取风速与风功率转换函数；其中，所述风速与风功率转换函数的表达式为：
其中，vci为切入风速，vr为额定风速，vco为切出风速；
根据所述额定功率、所述风速与风功率转换函数获得风电出力；其中，所述风电出力的表达式为：pt＝f(t)pr，pr为所述额定功率。
具体而言，需要预先根据风机的出力特性曲线计算出风速与风功率转换函数，在计算风电出力时，还要获取海上风电场的额定功率、额定风速以及风速模拟值的切入风速、切出风速，将所述额定功率与所述风速与风功率转换函数相乘得到所述风电出力。
在一个优选方案中，所述根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力，具体包括：
获取海上风电场的可用机组台数；
获取海上风电场当前的尾流效应系数；
根据所述风电出力、所述可用机组台数以及所述当前的尾流效应系数，获得修正风电出力；其中，所述修正出力的表达式为：pt*＝n(1-η)pt，pt*为t时刻的修正风电出力，n为所述可用机组台数，η为所述当前的尾流效应系数。
具体实施时，考虑风场尾流效应与风电场风机出力可靠性，需要先获取可用机组台数以及尾流效应系数，并进一步求出整个风电场的修正风电出力。
在一个优选方案中，所述根据所述修正风电出力获得发电利用小时数，具体为：
根据所述修正风电出力、所述额定功率获得发电利用小时数；其中，所述发电利用小时数的表达式为：
具体而言，首先对一个发电时段的所有时刻的修正出力进行求和计算获得总修正出力，并将所述总风电出力除以额定功率获得发电利用小时数。
在一个优选方案中，所述对所述发电利用小时数进行校验，具体包括：
将所述发电利用小时数与小时数设计值进行对比；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值不大于预设范围时，判定所述发电利用小时数满足校验要求；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值大于预设范围时，判定所述发电利用小时数不满足校验要求。
需要说明的是，所述预设范围可以根据风电运行模拟的实际需求进行设置，将其设置得较大，则可以减少计算量，将其设置得较少，则模拟得到的出力曲线越准确，本发明实施例对此不做限制。
具体实施时，将所述发电利用小时数与风电场规划时的发电利用小时数设计值进行对比，若满足校验要求，则输出此时的海上风电计算结果，并结束计算；若不满足校验要求，则要对尾流效应系数进行修正。
在一个优选方案中，所述对所述当前的尾流效应系数进行修正，具体包括：
根据所述发电利用小时数与小时数设计值对尾流效应系数进行修正，获得修正尾流效应系数；其中，
将η＝η'作为当前的尾流效应系数。
具体而言，当所述发电利用小时数不满足校验要求时，对尾流效应系数进行修正调整，获得修正尾流效应系数，并基于所述修正尾流效应系数重新进行所述发电利用小时数的计算，直至所述发电利用小时数满足校验要求为止，并输出海上风电计算结果，结束计算。
综上，本发明实施例提供一种海上风电运行模拟方法，在研究海上风电运行模拟时重点关注发电利用小时数指标，有效利用了风电场规划设计时的发电利用小时数信息，将影响发电利用小时数模拟值的尾流效应系数与风电出力关联起来，构建考虑尾流效应系数的海上风电出力表达式，能够通过调整尾流效应系数的方式使模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性；而且尾流效应系数的调整方法原理简单，计算速度快，易于实施。
应当理解，本发明实现上述海上风电运行模拟方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述海上风电运行模拟方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
图2所述为本发明提供的一种海上风电运行模拟装置的一个优选实施例的结构示意图。
如图2所示，所述装置包括：
风速获取模块，用于获取海上风速模拟值；
风速修正模块，用于对所述海上风速模拟值进行修正，获得修正风速；
出力计算模块，用于根据所述修正风速获得风电出力；
出力修正模块，用于根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力；
小时数计算模块，用于根据所述修正风电出力获得发电利用小时数；
小时数校验模块，用于对所述发电利用小时数进行校验；
尾流效应系数修正模块，用于进行尾流效应系数修正。
具体实施时，所述风速获取模块首先对海上风电场进行模拟，获取海上风速模拟值，由于风速在不同季节和每日内不同时刻会呈现一定的大小规律，为反映风电场的月平均出力水平和小时平均出力水平，需要在所述风速修正模块对所述风速模拟值进行修正，获取修正风速，所述出力计算模块根据所述修正风速计算获得风电出力，考虑到风场的尾流效应与风电场风机出力可靠性，需要所述出力修正模块根据当前的尾流效应系数对所述风电出力进行修正，获得修正风电出力，所述小时数计算模块根据所述修正风电出力获得风电场的发电利用小时数，所述小时数校验模块将所述发电利用小时数与风电场规划设计时的发电利用小时设计值进行对比做校验，当所述发电小时数满足校验要求时，则所述装置输出海上风电计算结果，当所述发电利用小时数不满足校验要求时，则需要所述尾流效应系数修正模块对所述当前的尾流效应系数进行修正，并将修正后的尾流效应系数发送至所述出力模块修正重新计算修正出力，并进一步在所述小时数计算模块计算发电利用小时数，直至所述发电利用小时数在所述小时数校验模块满足校验要求为止。
本发明实施提供的一种海上风电运行模拟装置，能够通过调整尾流效应系数的方式使模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性。
优选地，所述风速获取模块具体用于：
获取历史风速序列以及满足标准布朗运动的第一随机变量、第二随机变量；
根据所述历史风速序列获得历史风速平均值、衰减系数以及风速weibull分布函数；其中，所述风速weibull分布函数的表达式为：
根据所述衰减系数、所述风速weibull分布函数获得风速转换函数；其中，所述风速转换函数的表达式为：
根据所述第一随机变量、所述第二随机变量、所述历史风速平均值、所述衰减系数以及所述转换函数获取所述海上风速模拟值；其中，所述海上风速模拟值的表达式为：
优选地，所述风速修正模块具体用于：
根据所述历史风速序列获得海上风电场的月规律因子、小时规律因子；
根据所述月规律因子以及所述小时规律因子对所述海上风速模拟值进行修改正，获得所述修正风速；其中，所述修正风速的表达式为：vt*＝vtkhkm，kh为所述小时规律因子，km为所述月规律因子。
优选地，所述出力计算模块具体用于：
获取海上风电场的额定功率；
获取风速与风功率转换函数；其中，所述风速与风功率转换函数的表达式为：
其中，vci为切入风速，vr为额定风速，vco为切出风速；
根据所述额定功率、所述风速与风功率转换函数获得风电出力；其中，所述风电出力的表达式为：pt＝f(t)pr，pr为所述额定功率。
优选地，所述出力修正模块具体用于：
获取海上风电场的可用机组台数；
获取海上风电场当前的尾流效应系数；
根据所述风电出力、所述可用机组台数以及所述当前的尾流效应系数，获得修正风电出力；其中，所述修正出力的表达式为：pt*＝n(1-η)pt，pt*为t时刻的修正风电出力，n为所述可用机组台数，η为所述当前的尾流效应系数。
优选地，所述发电利用小时数获取模块具体用于：
根据所述修正风电出力、所述额定功率获得发电利用小时数；其中，所述发电利用小时数的表达式为：
优选地，所述发电利用小时数校验模块具体用于：
将所述发电利用小时数与小时数设计值进行对比；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值不大于预设范围时，判定所述发电利用小时数满足校验要求；
当所述发电利用小时数与所述小时数设计值的差值大于预设范围时，判定所述发电利用小时数不满足校验要求。
优选地，所述尾流效应系数修正模块具体用于：
根据所述发电利用小时数与小时数设计值对尾流效应系数进行修正，获得修正尾流效应系数；其中，
将η＝η'作为当前的尾流效应系数。
综上，本发明实施例提供一种海上风电运行模拟装置，有效利用了风电场规划设计时的发电利用小时数信息，构建考虑尾流效应系数的海上风电出力表达式，能够通过调整尾流效应系数的方式使模拟的发电利用小时数接近发电利用小时数设计值，保证海上风电场出力曲线模拟值的准确性；而且尾流效应系数的调整方法原理简单，计算速度快，易于实施。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的明显变形和/或同等替换，这些明显变形和/或同等替换也应视为本发明的保护范围。
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